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New types of coating systems for steel sheets by high-rate evaporation in combination with plasma processes

2002; Wiley; Volume: 73; Issue: 3 Linguagem: Inglês

10.1002/srin.200200182

0177-4832

Bert Scheffel, Klaus-Dieter Ehlers, Bernd Schuhmacher, Franz-Josef Floßdorf, J. Hagler, Christoph Metzner, Robert Steffen, G. Steinbeck,

Metal Alloys Wear and Properties

High-rate evaporation in combination with plasma processes is a promising approach to obtain new types of steel sheet coating with improved corrosion resistance and application properties. To estimate the potential for the application of PVD-coatings (physical vapour deposition) different coating systems for steel sheet as well as for hot-dip or electro-galvanized steel sheet were designed. The samples were produced on a laboratory scale using PVD processes with very high deposition rates (in the order of 1 μm s-1) as well as high-power plasma processes for the pre-treatment. The relationship between the composition, microstructure and properties of the coating systems, in particular concerning corrosion protection, abrasion during forming, phosphating and paint adhesion, were studied. It was found that the corrosion resistance of galvanized steel sheets can be considerably improved by vapour deposition of metal or inorganic films with a thickness of several hundred nanometers. Investigations on vapour deposition of titanium and stainless steel coatings on steel sheets, for applications in a severely corrosive environment, showed that the corrosion resistance in relation to the coating thickness can be significantly enhanced by means of plasma activation during the vapour deposition process. Finally, an outlook on possible industrial applications including an estimation of the process costs will be presented. For certain coating systems the results look promising. Consequently, these particular coating systems will be investigated in more detail by means of using a large-scale in-line deposition plant for metallic strips and sheets. Neuartige Schichtsysteme auf Stahlblech durch Hochrateverdampfung in Kombination mit Plasmaprozessen. Die Hochrateverdampfung in Kombination mit Plasmaprozessen ist eine zukunftsträchtige Technologie zur Herstellung neuartiger Stahlblechprodukte mit erhöhtem Korrosionswiderstand und verbesserten Anwendungseigenschaften. Zur Abschätzung des Anwendungspotentials von PVD-Beschichtungen (Physical Vapour Deposition) wurden verschiedene Schichtsysteme auf Stahlblech sowie auf schmelztauch- und elektrolytisch verzinktem Stahlblech abgeschieden. Die Prüfbleche wurden unter Laborbedingungen unter Nutzung von PVD-Prozessen mit sehr hoher Beschichtungsrate (in der Größenordnung von 1 μm s-1) sowie von Hochleistungs-Plasmaprozessen für die Vorbehandlung hergestellt. Die Zusammenhänge zwischen der Zusammensetzung, dem Schichtgefüge und den Eigenschaften der Schichtsysteme, insbesondere bezüglich des Korrosionsschutzes, des Verschleißes bei der Umformung sowie der Phosphatierung und der Lackhaftung wurden untersucht. Es konnte gezeigt werden, daß durch die Bedampfung mit metallischen oder anorganischen Schichten mit einer Dicke von einigen Hundert Nanometern der Korrosionswiderstand von verzinktem Stahlfeinblech erheblich verbessert werden kann. Untersuchungen zur Bedampfung von Stahlblech mit Titan- und Edelstahlschichten für Anwendungen in extrem korrosiver Umgebung zeigten, daß durch den Einsatz einer Plasmaaktivierung bei der Bedampfung der Korrosionswiderstand bei gegebener Schichtdicke erheblich gesteigert werden kann. Außerdem wird ein Ausblick auf potentielle industrielle Anwendungen einschließlich einer Abschätzung der Prozeßkosten präsentiert. Für einige Schichtsysteme sind die Resultate vielversprechend. Deshalb werden mit Hilfe einer großflächigen in-line Beschichtungsanlage für metallische Platten und Bänder weitere Untersuchungen zu diesen Schichtsystemen erfolgen.